Glossário

Glossário de Computação Quântica

Definições em português claro de 22 termos de computação quântica. De qubit a supremacia quântica, sem precisar de doutorado em matemática.

Written by

Sohum Thakkar

CEO, Qolour

Qubit(Bit quântico): A unidade fundamental da informação quântica. Diferentemente de um bit clássico (que é 0 ou 1), um qubit pode estar em superposição de 0 e 1 ao mesmo tempo. Fisicamente, pode ser feito de um circuito supercondutor, um íon aprisionado, um fóton ou qualquer outro sistema quântico de dois níveis.
Superposição: A capacidade de um sistema quântico de existir em uma combinação de vários estados ao mesmo tempo. Um qubit em superposição não é nem 0 nem 1 — tem uma amplitude de probabilidade para cada um. Quando medido, a superposição colapsa para um único resultado clássico com probabilidade dada pelas amplitudes.
Emaranhamento: Uma correlação quântica entre duas ou mais partículas tal que seus estados não podem ser descritos de forma independente. Medir uma partícula emaranhada determina instantaneamente o resultado de medir a outra, mesmo a grandes distâncias. É o recurso por trás da teleportação quântica, distribuição quântica de chaves e muitos algoritmos quânticos.
Esfera de Bloch: Uma representação geométrica do estado de um qubit como um ponto na superfície de uma esfera 3D. O polo norte representa |0⟩, o polo sul |1⟩ e qualquer outro ponto representa uma superposição. É a ferramenta de visualização mais comum na educação em computação quântica.
Porta quântica: Uma operação que transforma o estado de um ou mais qubits. As portas quânticas são reversíveis (diferentemente da maioria das clássicas) e são representadas por matrizes unitárias. Portas comuns incluem Hadamard (H), Pauli-X/Y/Z, CNOT e as portas de rotação Rx, Ry, Rz.
Circuito quântico: Uma sequência de portas quânticas aplicadas a qubits, finalizada por uma medição. Circuitos quânticos são a abstração de mais baixo nível para programar um computador quântico: o equivalente quântico de um programa em assembly.
Medição: O ato de ler o estado clássico de um qubit. Faz a superposição colapsar para 0 ou 1, com probabilidades dadas pelas amplitudes ao quadrado do estado. Uma vez medido, a superposição original é destruída.
Regra de Born: Regra que fornece a probabilidade de obter um determinado resultado ao medir um estado quântico. Se um qubit está no estado α|0⟩ + β|1⟩, a probabilidade de medir 0 é |α|² e a de medir 1 é |β|². Nomeada em homenagem a Max Born, que recebeu o Nobel de 1954 por isso.
Decoerência: O processo pelo qual um sistema quântico perde suas propriedades quânticas (superposição e emaranhamento) ao interagir com o ambiente. É o principal obstáculo para construir computadores quânticos de larga escala: os qubits precisam ser isolados de calor, vibração e campos eletromagnéticos para manter o estado quântico.
Correção quântica de erros(QEC): Conjunto de técnicas para proteger informação quântica de decoerência e erros de porta, codificando um único qubit lógico em vários qubits físicos. Códigos comuns incluem o código Shor, o código Steane e o surface code.
Porta Hadamard(Porta H): Uma porta de um qubit que cria uma superposição igualitária. Aplicada a |0⟩ produz (|0⟩ + |1⟩)/√2. É o cavalo de batalha dos algoritmos quânticos e aparece no início de quase todo circuito quântico.
Porta CNOT(NOT controlado): Uma porta de dois qubits que inverte o segundo (alvo) se e somente se o primeiro (controle) estiver no estado |1⟩. CNOT é a porta de emaranhamento mais comum e, combinada com rotações de um qubit, é universal para computação quântica.
Estado de Bell: Um dos quatro estados de dois qubits maximamente emaranhados. Os quatro estados de Bell formam uma base para o espaço de Hilbert de dois qubits e são os exemplos mais simples de emaranhamento. Gerados aplicando uma porta Hadamard seguida de uma CNOT.
Supremacia quântica(Vantagem quântica): O ponto em que um computador quântico consegue resolver um problema que nenhum computador clássico resolve em tempo razoável. O Google reivindicou supremacia quântica em 2019 com o processador Sycamore em uma tarefa de amostragem de circuitos aleatórios.
Algoritmo de Shor: Algoritmo quântico criado por Peter Shor em 1994 que fatora inteiros grandes exponencialmente mais rápido que o melhor algoritmo clássico conhecido. Ameaça a criptografia RSA e é um dos grandes motivadores da criptografia pós-quântica.
Algoritmo de Grover: Algoritmo quântico criado por Lov Grover em 1996 que busca em uma base de dados não ordenada de N itens em O(√N) operações, quadraticamente mais rápido que o melhor algoritmo clássico. Usado como sub-rotina em muitos outros algoritmos.
BB84: O primeiro protocolo de distribuição quântica de chaves, inventado por Charles Bennett e Gilles Brassard em 1984. Permite a duas partes compartilhar uma chave secreta com segurança garantida pelas leis da física: qualquer espião é necessariamente detectado.
Desigualdade CHSH: Desigualdade matemática (Clauser–Horne–Shimony–Holt) que qualquer teoria clássica precisa satisfazer. A mecânica quântica viola a desigualdade CHSH, e as violações experimentais provam que o universo não pode ser descrito por variáveis ocultas locais. O Nobel de 2022 foi concedido pela verificação experimental disso.
NISQ(Quântico ruidoso de escala intermediária): Termo cunhado por John Preskill para descrever a era atual da computação quântica: centenas a milhares de qubits, mas com ruído significativo e sem correção completa de erros. Inclui os processadores Eagle e Heron da IBM e as máquinas de íons aprisionados da IonQ.
Teleportação quântica: Protocolo para transmitir um estado quântico desconhecido de um lugar para outro usando um par emaranhado compartilhado e dois bits clássicos de comunicação. Apesar do nome, nada de matéria ou energia é teleportado, apenas informação quântica.
Função de onda: Descrição matemática do estado quântico de um sistema. Contém toda a informação necessária para calcular as probabilidades de qualquer resultado possível de medição via a regra de Born.
Operadores de Pauli(Matrizes de Pauli): Conjunto de três portas de um qubit (X, Y, Z) batizadas em homenagem a Wolfgang Pauli. X é o análogo quântico do NOT (inverte |0⟩ ↔ |1⟩), Y combina inversão e fase, e Z inverte a fase de |1⟩. Junto com a identidade, formam uma base para todas as operações de um qubit.

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